KR20010096474A - Plasma etching installation - Google Patents
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Abstract
제 1 스풀 단부(20,20')와 제 2 스풀 단부(21,21')를 가진 ICP 스풀(6)은, 반응기(2) 내에서 반응 가스에 작용하고 유도적으로 결합된 플라즈마 소스(18)로서 반응성 입자와 이온으로 된 고밀도 플라즈마(8)를 생성하는 고주파 교류 전자기 장을 발생하는, 반응기(2)에서 고밀도 플라즈마(8)에 의해 기판(9)을 에칭하기 위한 플라즈마 처리장치가 추천되어 있다. 양 스풀 단부(20,20' 21,21')는 각각 공급 전압점(31, 32)을 통해 고주파 급전부(23)에 연결되어 있고, 또한 그 급전부는 제 1 스풀 단부(20, 20')와 제 2 스풀 단부(21, 21')에 각각 동 주파수의 고주파 교류 전압을 인가한다. 양 스풀 단부(20,20' 21,21')에 인가된 양 고주파 교류 전압은 제 1 공급 전압점(32)과 제 2 공급 전압점(31)을 연결하는 λ/2 지연 도선(30)에 의해 적어도 거의 역상적으로 서로 대칭 용량성 회로망과 연결되어 있고 적어도 거의 같은 진폭을 갖고 있다.An ICP spool 6 having a first spool end 20,20'and a second spool end 21,21'is operatively connected to a plasma source 18 A plasma processing apparatus for etching a substrate 9 by means of a high density plasma 8 in a reactor 2 which generates a high frequency AC electromagnetic field which produces a high density plasma 8 of reactive particles and ions is recommended have. The two spool ends 20,20'21,21'are connected to the high frequency power feeder 23 via feed voltage points 31,32 respectively and the feeder is connected to the first spool ends 20,20 ' Frequency AC voltage of the same frequency is applied to the first and second spool ends 21 and 21 '. The two high frequency AC voltages applied to both spool ends 20,20'21,21'are applied to the? / 2 delay line 30 connecting the first supply voltage point 32 and the second supply voltage point 31 And at least approximately the same amplitude. ≪ RTI ID = 0.0 >
Description
유도적으로 결합된 플라즈마 소스(원천)를 이용하는 상기와 같은 플라즈마 처리 장치는 특히 DE 42 41 045에서 공개된 공정을 사용하여 대단히 높은 에칭 율로 규소를 깊게 에칭하는데 적합하며 또한 여러 모로 알려져 있다. 하나의 간단하고 신뢰성 있는 장치는, 플라즈마 체적부 주위로 감기어 있고 고주파 교류 전압이 공급되고 있는 ICP-코일(ICP = "inductively coupled plasma" 유도 결합 플라즈마)로 구성되어 있다. ICP-코일을 통해 흐르는 고주파 전류가 플라즈마 체적 내에 고주파 교류 자장을 유도하고, 이 자장의 와전기장이 유도 법칙(rotE = -)에 따라 다시 플라즈마 여자를 행한다. 사용되는 고주파 전류는 600 kHz 내지 27 MHz의 값을 갖고 보통 13.56 MHz의 주파수가 사용된다.Such a plasma processing apparatus using an inductively coupled plasma source (source) is particularly well suited for deep etching of silicon with a very high etch rate using processes disclosed in DE 42 41 045 and is also known in various ways. One simple and reliable device consists of an ICP-coil (ICP = "inductively coupled plasma" inductively coupled plasma) wound around a plasma volume and supplied with a high frequency AC voltage. The high-frequency current flowing through the ICP-coil induces a high-frequency alternating magnetic field in the plasma volume, and the induced field of this magnetic field is induced by the induction law (rotE = - The plasma excitation is performed again. The high frequency current used has a value of 600 kHz to 27 MHz and a frequency of usually 13.56 MHz is used.
DE 42 41 045로부터 알려져 있는 방법에서는 플루오르를 방출하는 에칭 가스로부터 플루오르 래디칼 또한 테플론 형성 단량체를 공급하는 부동태화 가스로부터 (CF2)x래디칼을 방출시키기 위해 바람직하게는 유도성 고주파 여기부와 함께 플라즈마 소스가 이용되고, 또한 거기에서는 플라즈마 소스가 낮은 에너지를 가진 비교적 고밀도의 이온(1010-1012cm-3)을 갖는 고밀도 플라즈마를 생성하며 에칭 가스와 부동태화 가스가 교대로 사용된다. 발생된 이온을 기판 표면으로 가속시키는 이온 에너지는 역시 비교적 낮고 1 - 50 eV, 바람직하게는 5 - 30 eV 범위의 것이다. 상세한 설명의 도 2는, 종래 기술로부터 알려진 통상적으로 사용되는 상기한 플라즈마 소스의 ICP 스풀(코일)의 비대칭 급전부를 보여주는데, 이 스풀은 가장 간단한 경우에는 예컨대 직경 40 cm를 가진 세라믹 재료의 통 형태의 반응기 주위의 단일 권선으로 구성되어 있다. 한 스풀 단부는 접지되고, 다른 스풀 단부에는 고주파 교류 전압이 공급되어 "뜨거운"으로 호칭되는데, 그 이유는 이 스풀 단부에는 공급되는 고주파 고전압의 진폭의 경우 전형적인 예컨대 1000 - 3000 볼트의 대단히 높은 전압이 가해지기 때문이다.In a process known from DE 42 41 045, a fluorine radical is also introduced from the etching gas which emits fluorine, in order to release (CF 2 ) x radicals from the passivating gas which feeds the Teflon- Source is used where the plasma source produces a high density plasma with a relatively high density of ions (10 < 10 > -10 < 12 > cm <" 3 >) with low energy and an etching gas and passivating gas are used alternately. The ion energy that accelerates the generated ions to the substrate surface is also relatively low and ranges from 1 to 50 eV, preferably from 5 to 30 eV. 2 of the detailed description shows an asymmetrical feed part of an ICP spool (coil) of the above-mentioned plasma source commonly used as known from the prior art, which in the simplest case is a tubular form of ceramic material with a diameter of for example 40 cm Lt; / RTI > around the reactor. One spool end is grounded and the other spool end is supplied with a high frequency alternating voltage which is referred to as " hot " because a very high voltage, typically 1000 to 3000 volts, for example, Is added.
도 2에 역시 표시되어 있는 콘덴서 C2와 C3은 사용된 고주파 급전의 비대칭 50 Ω의 동축 케이블 시점의 임피던스를 비대칭적으로 조작되는 ICP 스풀(소위 "성냥갑" 또는 "일치용 콘덴서")의 임피던스에 정합시키는 역할을 한다. 콘덴서 C4는 ICP 스풀에 병렬로 연결되고 일치용 콘덴서와 함께 공진 조건을 형성한다.The capacitors C 2 and C 3 , also shown in FIG. 2, are used to determine the impedance of the coaxial cable at the time of the asymmetric 50 Ω of the high frequency power supply being used as an impedance of the ICP spool (so-called "matchbox" . The capacitor C 4 is connected in parallel to the ICP spool and forms a resonance condition with the matching capacitor.
플라즈마 소스의 경우에 있어 공지의 비대칭적 및 유도성 급전은 결과적으로 그 비대칭성이 생성된 플라즈마 내로도 반영되는 것인데, 그 플라즈마는 평균적으로 발생된 용량성 결합의 강도에 따라 접지 전위 위로 수 볼트 내지 수십 볼트 범위이다. 그래서 ICP 스풀의 한 스풀 단부는 접지 전위(0 v)에 있고 한편 대향하는 "뜨거운" 스풀 단부는 수천 볼트까지의 높은 고주파 전압에 있게 된다. 그럼으로써특히 "뜨거운" 스풀 단부에서는 강한 전장이 반응기의 세라믹 통벽을 통해 플라즈마내에 유도되고, 그 결과 다시 세라믹 통벽을 통해 변위 전류가 플라즈마 내에 발생하게 된다. 이것이 앞에서 언급한 "용량성 결합"인 것이며 한편 원래의 플라즈마 발생은 유도성인, 즉 시간에 따라 변하는 자장에 기초하는 메카니즘이다.In the case of a plasma source, the known asymmetrical and inductive power feeding is consequently also reflected in the generated plasma, which plasma is generated from a few volts up to the ground potential depending on the intensity of the capacitive coupling generated on average It is in the tens of volts range. So that one spool end of the ICP spool is at ground potential (0 v) while the opposing "hot" spool end is at a high high frequency voltage of up to several thousand volts. As a result, particularly at the "hot" spool end, a strong electric field is induced in the plasma through the ceramic bail of the reactor, and as a result, a displacement current is generated in the plasma again through the ceramic bail. This is the aforementioned " capacitive coupling " while the original plasma generation is a mechanism that is inducible, i.e., based on a time-varying magnetic field.
대체로 급전된, 즉 "뜨거운" 스풀 단부로부터, 용량적 결합을 통해 전류 흐름은 반응기의 세라믹 통벽을 통해 플라즈마 내로 일어난다. 평균 플라즈마 전위는 접지 전위 근방에서 변동하고 "차가운" 스풀 단부도 그 전위에 고정되며 또한 플라즈마와 "냉온" 스풀 단부 사이의 전압 차는 변위 전류를 세라믹 통벽을 통해 다시 스풀에 유출시키기에는 너무 작기 때문에, 상기 전류 흐름은 접지된 스풀 단부로 유출할 수 없다. 그렇기 때문에 변위 전류는 "뜨거운" 스풀 단부의 영역으로부터 플라즈마 내로 유입하여 그 플라즈마로부터 다시 이것과 직접 접촉해 있는 접지물을 통해서 흘러나가 버려야 한다. 이 접지물은 여태까지의 종래 기술에서는 실질적으로 기판 전극으로서, 이 전극은 예컨대 기판으로서는 웨이퍼를 싣고 또한 자체의 고주파 급전을 통해 플라즈마에 대해 낮은 부의 DC 기본 전위 1 - 50 v로 작동된다. 그래서 그것은 상기한 변위 전류를 직접 수용할 수 있는데, 그렇지만 기판 표면에 걸쳐 각 플라즈마 처리 공정의 불 균일성이 일어나고 그래서 부분적으로 개별 영역들의 에칭시 상당한 윤곽 편의가 야기된다.From the generally powered, or " hot, " spool end, current flow through the capacitive coupling occurs into the plasma through the ceramic bail of the reactor. Since the average plasma potential fluctuates near the ground potential and the " cold " spool end is also fixed at its potential and the voltage difference between the plasma and the " cold " spool end is too small to allow the displacement current to flow back to the spool through the ceramic bail, The current flow can not flow out to the grounded spool end. Therefore, the displacement current must flow into the plasma from the region of the "hot" spool end and flow out of the ground through the plasma in direct contact therewith. This ground is substantially a substrate electrode in the prior art until now, which is loaded with a wafer as the substrate, for example, and operates at a low negative DC basic potential of 1 to 50 v for the plasma through its own high frequency power supply. So that it can directly accommodate the displacement currents described above, but non-uniformity of each plasma processing process across the substrate surface occurs, thus causing significant contouring bias in the etching of the individual regions in part.
더욱이, 비대칭 급전을 통해 한쪽에서 발생하는 강한 전장은 발생된 플라즈마의 위치 및 밀도 분포를 왜곡시켜, 그 플라즈마는 반응기의 중앙으로부터 외측으로 이동되어 있고 예컨대 "뜨거운" 스풀 단부의 방향으로 변위된다. 이것을 소위 "황소의 눈 이동"이라 부르는데, 그 이유는 플라즈마의 불 균일성(모양)이 눈 모양으로 기판으로 사용된 웨이퍼에 묘사 반영되어 이 "눈"이 웨이퍼의 중심부로부터 외측으로 웨이퍼 가장자리에 이동되어 있기 때문이다.Moreover, the strong electric field generated at one side through the asymmetric power supply distorts the position and density distribution of the generated plasma such that the plasma is displaced outward from the center of the reactor and displaced in the direction of, for example, the " hot " spool end. This is referred to as so-called " bull's eye movement " because the unevenness of the plasma is reflected in the wafer used as the substrate in the eye shape, so that the " eye " moves from the central portion of the wafer to the wafer edge It is because it is.
공정 균일도를 개선하기 위한 또한 "황소의 눈 이동"을 피하기 위한 첫 번째 조치는 DE 42 41 045로부터 공개된 공정에 관해 미공고된 출원 DE 197 34278.7에 기재되어 있는 것으로, 그것에 의하면 개구부에 장착된 금속통의 내벽 위에 있는 연장된 이온 재결합 구역을 통해 기판으로 향하는 이온 흐름을 각 기판 표면 위에서 균일화하는 개구부 구조물이 추천되어 있으며, 거기에서는 기판에 도달하는 플라즈마의 외부 영역에서 이온 손상 메카니즘이 일어나고 플라즈마가 다시 중심 집중하고 전장은 플라즈마의 소스 영역으로부터 기판에 이르는 도중 부분적으로 차폐된다.The first measure to improve process uniformity and to avoid " bull eye movement " is described in the application DE 197 34278.7, which is published on the process disclosed in DE 42 41 045, An aperture structure is proposed that homogenizes the ion flow toward the substrate through the extended ionic recombination zone on the inner wall of the barrel over each substrate surface where ion damage mechanisms occur in the outer region of the plasma reaching the substrate, Centered and the total length is partially shielded from the source region of the plasma to the substrate.
부분적으로는 전기 교란장으로 인해 발생하는, 기판 또는 웨이퍼 위의 에칭된 구조물의 윤곽 편차를 감소시키는 추가 조치는, 미공고된 출원 DE 197 363 70.9에 추천되어 있는 것과 같이 소위 "패라미터 경사"를 사용하는 것이다.Further measures to reduce the outline deviation of the etched structure on the substrate or wafer, which arise, in part, due to the electric field disturbance, may be carried out using a so-called " parametric slope " as recommended in the unexamined application DE 197 363 70.9 To use.
"뜨거운" 스풀 단부에서와 같이 "차가운" 스풀 단부, 즉 종래 기술로 접지된 스풀 단부도 문제 영역에 포함되는 것인데, 그 이유는 이 단부는 최소의 변위 전류가 용량성 결합에 의해 발생된 플라즈마 내로 결합해 들어오고 결합해 나가는 지점이기 때문이다. 그 위에 종전에는 "차가운" 스풀 단부와 결합되어 있는 소속된 ICP 스풀의 "차가운" 공급 전압점의 접지는 아주 주의 깊게 행해져야 했는데, 그 이유는 특히 수직으로 흐르는 전류, 즉 플라즈마 반응기의 효과적 환경에서 ICP 스풀로부터 하향으로 접지된 하우징으로의 전류는 무조건 회피되어야 하기 때문이다. 그런 수직으로 흐르는, 즉 ICP 스풀에 의해 획정되는 스풀 평면에 대해 평행하지 않게 흐르는 전류는, 와전기장에 대해 90°만큼 기울어진 해당 전기 유도 작용을 가진 시간 가변 자장을 갖게 되며, 이것은 플라즈마의 심한 국부 교란을 일으키고 이 교란은 다시 윤곽 편차(포켓 형성, 네가티브 에칭 측면, 마스크 에지 후방 절단)로 표현된다.The " cold " spool end, i.e. the spool end grounded in the prior art, as in the " hot " spool end is also included in the problem area because this end has a minimum displacement current that is injected into the plasma generated by the capacitive coupling This is because it is the point that joins together and joins together. The grounding of the " cold " supply voltage point of the ICP spool to which it was formerly associated with the " cold " spool end had to be done with extreme care, especially since the current flowing vertically, i.e. the effective environment of the plasma reactor This is because the current from the ICP spool to the downwardly grounded housing must be avoided unconditionally. Such a vertically flowing current, i.e. a current that flows non-parallel to the spool plane defined by the ICP spool, will have a time-varying magnetic field with a corresponding electric induction action that is tilted by 90 DEG relative to the electric field, This disturbance is again expressed by contour deviations (pocket formation, negative etching side, mask edge rear cutting).
"뜨거운" 스풀 단부에서의 고전압에 기인하는 종래 기술의 방법에서 알려진 추가의 교란 영향은, 반응기 내벽이 내측으로 이온 충격에 의해, 즉 강 전장에 의해 챔버 벽으로 가속된 양전하 이온에 의해 스퍼터링 충돌되는 점이다. 그때에 스퍼터링에 의해 탈락된 벽재료가 웨이퍼나 기판 위에 도달할 수 있어 거기서 미소 마스킹 재로 작용하여 그 결과 알려진 것처럼 규소 바늘, 미소 요철 또는 규소 입자를 형성하게 된다. 반응기 측벽의 스퍼터링 량은 인가되는 고주파 전압의 2 승 함수로 상승하기 때문에, ICP 스풀에 인가되는 플라즈마에 대한 고주파 전압을 가급적 낮게 유지하면 최소 스퍼터 율을 얻게 된다는 의미에서 소망스럽다.A further disturbing effect known in the prior art method due to the high voltage at the " hot " spool end is that the inner wall of the reactor is sputtered inwardly by ion bombardment, i.e. by positive charged ions accelerated into the chamber wall by a strong electrical field It is a point. At that time, the wall material removed by sputtering can reach the wafer or substrate and act as a micro masking material thereon, resulting in the formation of silicon needles, minute unevenness or silicon particles as is known. Since the sputtering amount of the sidewall of the reactor rises by a square function of the applied high frequency voltage, it is desirable that the minimum sputtering rate is obtained by keeping the high frequency voltage for the plasma applied to the ICP spool as low as possible.
종래 기술로부터 이미 알려진 ICP 스풀에 대한 대칭 급전을 위한 추천 해법에 의하면, 일차측에는 고주파 급전부를 통해 고주파 교류 전압을 공급하고 중앙 탭이 접지된 이차 스풀을 가진 변압기를 사용하고 그렇게 함에 의해 변압기가 플라즈마 처리 장치의 ICP 스풀의 양단에 적어도 거의 같은 진폭의 고주파 역상 고전압을 공급할 수 있게 하는 것이다. 그런 변압기는 보통 페라이트 코어 재료 위에 감은 꼰 와이어로 된 이차 권선에 의해 구성되고, 페라이트 코어로서는 냄비형 코어또는 링형 코어가 사용된다. 그러나 그런 변압기는 예컨대 13.56 MHz의 주파수의 경우 10-20 %의 범위의 높은 세라믹 재료의 자기 손실이 발생한다는 심각한 결점을 갖는다. 이것은, ICP 플라즈마 처리 장치의 경우 통상 500 내지 3000 와트가 되는 높은 고주파 전력을 사용하는 경우에는 현저한 열 문제가 된다. 그 위에 변압기의 코어 재료에 의한 주파수 의존적 에너지 흡수로 인해 위상 오차도 생기는데, 이 오차는 비대칭 출구에 있어 내결합시키려는 두 고전압에 관한 역상 내결합에 필요한 180°위상을 부분적으로 상당히 틀리게 한다. 그 외에도 그런 변압기는 소망스럽지 않게 방식으로 플라즈마 내에 내결합되는 것으로 인해 사용 가능한 고주파 전력을 제한한다.According to the recommended solution for the symmetrical feeding to the ICP spool which is already known from the prior art, the primary side is provided with a high-frequency alternating-current voltage through the high-frequency feeding part and a secondary spool grounded with a center tap, It is possible to supply both ends of the ICP spool of the processing apparatus with a high-frequency, high-frequency high-voltage having at least substantially the same amplitude. Such a transformer is usually constituted by a secondary winding of braided wire wound on a ferrite core material, and a pot type core or a ring type core is used as a ferrite core. Such a transformer, however, has a serious drawback, for example, in the case of a frequency of 13.56 MHz, a magnetic loss of high ceramic material occurs in the range of 10-20%. This is a significant thermal problem in the case of an ICP plasma processing apparatus when high-frequency power of 500 to 3000 watts is used. On top of that, there is also a phase error due to the frequency dependent energy absorption by the core material of the transformer, which makes the 180 ° phase, which is necessary for in-phase coupling with respect to the two high voltages to be coupled in the asymmetrical outlet, partly quite wrong. In addition, such transformers limit the available high frequency power by being coupled into the plasma in a way that is undesirable.
본 발명은 주 청구항의 유개념에 의한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing apparatus according to the preamble of the main claim.
도 1은 플라즈마 처리장치의 개략적 기본 단면도를 나타내고,1 shows a schematic basic cross-sectional view of a plasma processing apparatus,
도 2는 종래 기술로부터 알려져 있는 ICP 스풀 급전을 위한 비대칭 회로를 보여주고,Figure 2 shows an asymmetric circuit for feeding ICP spools known from the prior art,
도 3은 제 1 대칭 회로도를 나타내고,Figure 3 shows a first symmetrical circuit diagram,
도 4는 제 2 대칭 회로도를 나타내고,Figure 4 shows a second symmetrical circuit diagram,
도 5는 ICP 스풀 급전을 위한 제 3 대칭 회로도를 나타낸다.5 shows a third symmetrical circuit diagram for feeding ICP spools;
본 발명에 의한 청구범위 주항의 특징을 가진 플라즈마 처리장치는 상기 종래 기술에 비해, 양 스풀 단부에는 대칭 스풀 급전부를 통해 같은 주파수의 고주파 전압이 공급되고, 제 1 스풀 단부와 제 2 스풀 단부에 있어 서로 역상인 두 고주파 교류 전압에 의해 ICP 스풀에 대칭적으로 급전되는 것은, 제 1 공급 전압점과 제 2 공급 전압점 사이에 배치되어 그들을 연결시키는 λ/2 지연 도선(소위 "케이블 발룬")에 의해 행해지는 이점을 갖는다. λ/2 지연 도선은, 전압 의존적 및 전력 의존적으로 제 1 공급 전압점에 내결합된 전압(U(t))을 180°위상 이동을 일으켜 제 2 공급 전압점에 -U(t)의 내결합(가해져 들어가게 함)을 일으킨다. 그래서 큰 기술적 비용 없이 또한 추가의 비용 집중적 부재의 사용 없이 고주파 급전부에 의해 마련된 한 전압으로부터 주파수가 같고 진폭이 적어도 거의 같은 두 개의 고주파 역상 교류 전압이 생성된다. 그것에 의해 특히 유도성 플라즈마 소스의 경우 특히 간단하고 손실 적은 또한 높은 고주파 출력(큰 킬로와트)의 경우 유용한 플라즈마 처리 공정 내지 플라즈마 에칭 공정이 가능해진다.The plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that a high-frequency voltage of the same frequency is supplied to the ends of both spools through the symmetrical spool feeder, and a high frequency voltage of the same frequency is supplied to the ends of the first spool and the second spool Symmetrically fed to the ICP spool by two high frequency alternating current voltages which are opposite in phase is a? / 2 delay line (so-called " cable balun ") that is disposed between and connects the first supply voltage point and the second supply voltage point, As shown in Fig. The? / 2 delay line induces a 180 ° phase shift of the voltage U (t) coupled to the first supply voltage point in a voltage-dependent and power-dependent manner, (Causing it to be applied). Thus, two high frequency AC voltages of equal frequency and at least approximately equal amplitude are generated from a voltage provided by the high frequency power supply without any significant technical expense and without the use of additional cost intensive components. This makes it particularly advantageous in the case of inductive plasma sources to be useful plasma processing or plasma etching processes in the case of low loss and high high frequency output (large kilowatt).
또한 본 발명에 의한 ICP 스풀의 대칭적 급전에서는 이제 두 스풀 단부가 "뜨거운"이 되어, 즉 양 스풀 단부가, 이제는 뚜렷한, 이상적인 경우에는 동일한 진폭을 가진, 양 스풀 단부에서 정확히 역상이 되는 교류 전압을 운반한다. 따라서 제 1 스풀 단부에 전압 U(t)가 인가되면, 제 2 스풀 단부에는 대응적으로 전압 -U(t)가 걸리며, 이 전압의 진폭은 종래 기술의 비대칭적 급전에 비해 단지 절반의 크기가 되는데, 그 이유는 접지에 대한 원래의 교류 전압 2*U(t)가 이제 접지에 대해 U(t) 및 -U(t)로 분할되기 때문이다. 양 스풀 단부에서의 이 전압 진폭의 절반화에 의해 대단히 유리하게도 우선 반응기 벽에서의 벽 스퍼터링 율이 현격하게 감소한다.Also in the symmetrical feed of the ICP spool according to the present invention, the two spool ends are now " hot ", that is to say both spool ends are now alternating current voltages with exactly the opposite amplitude at both spool ends, Lt; / RTI > Accordingly, when the voltage U (t) is applied to the end of the first spool, the voltage -U (t) is correspondingly applied to the end of the second spool, and the amplitude of this voltage is only half as large as the asymmetrical feed of the prior art , Because the original AC voltage 2 * U (t) for ground is now divided into U (t) and -U (t) for ground. The wall sputtering rate at the reactor wall first significantly decreases by half of this voltage amplitude at both spool ends.
그 외에도 소망스럽지 않은 고 에너지 이온의 비율도 대단히 유리하게 감소하는데, 이들 고 에너지 이온은 그렇지 않으면 고 전장에 의해 반응기 벽으로 가속되어 거기서 반사되고 그럼으로써 다시 생성된 플라즈마 내로 되돌아와 거기서 예컨대 에칭된 웨이퍼 위의 산화층에 대한 윤곽(형상) 교란 또는 손상과 같은 처리되는 기판에 대한 다수의 방해 작용의 원인이 되는 것이다. 그와 동시에 생성된 플라즈마 중의 고 에너지 전자의 비율도 또한 감소하는데, 그 이유는 대칭적 스풀 급전에 의한 생성된 플라즈마 내로의 용량적 전류 내결합이 크게(적어도 2 배) 감소하고 그리하여 전자 가스는 더 이상 해당 방식으로 가열되지 않기 때문이다. 따라서생성된 플라즈마는 대단히 유리하게도 보다 차갑다. 그 외에도 고 에너지 전자는 불필요하게 고주파 전력을 흡수하기 때문에 플라즈마 공정을 위해서는 일반적으로 소망스럽지 않다.In addition, the proportion of undesirable high energy ions is greatly advantageously reduced, these high energy ions are otherwise accelerated to the reactor wall by the high electric field and reflected there, thereby returning into the regenerated plasma, (Contour) disturbance or damage to the oxide layer on the substrate. At the same time, the proportion of high energy electrons in the generated plasma also decreases because the coupling in the capacitive current into the resulting plasma by symmetrical spool feeding is greatly reduced (at least 2-fold) Or more is not heated in the corresponding manner. The resulting plasma is therefore very advantageously cooler. In addition, high energy electrons are generally not desirable for plasma processing because they absorb unnecessary high frequency power.
또한 대칭적 스풀 급전의 경우에는 스풀 영역으로부터의 와전류장 들이 서로 반대 방향으로 같기 때문에, 이들은 대단히 유리하게도 균등화하고 그럼으로써 소위 "황소의 눈 이동"은 더 이상 일어나지 않는다.Also, in the case of symmetrical spool feeds, since the eddy current fields from the spool area are the same in opposite directions, they are very advantageously equalized so that the so-called " bull eye movement " no longer occurs.
또한 발생된 플라즈마 내로 용량적으로 결합해 들어오는 상기와 같이 이미 분명히 작아진 전류는 이제는 역시 서로 반대방향으로 같고, 즉 그들 전류는 스풀 단부들 사이에서 균등화되어, 아주 유리하게도 더 이상은 예컨대 기판 전극 및 처리된 기판과 같이 플라즈마와 직접 접촉되어 있는 접지물을 통과해 유출하지 않는다.Also, the already apparently reduced currents that are capacitively coupled into the generated plasma are now also the same in opposite directions, i.e. their currents are equalized between the spool ends, It does not flow out through the grounded material that is in direct contact with the plasma, such as the processed substrate.
본 발명에 의한 플라즈마 처리장치에서는 매 시점마다 다른 스풀 단부의 부의 전압치가 ICP 스풀의 각 스풀 단부에 인가되기 때문에, 한 스풀 단부로부터 유전체로서의 세라믹 반응기벽을 통해 발생되어 있는 플라즈마 내로 유도된 변위 전류는 다른 스풀 단부에 의해 역시 유전체로서의 세라믹 반응기벽을 통해 수납될 수 있고, 그렇기 때문에 접지 전위를 통한, 예컨대 기판 표면을 통한 전하 동등화가 일어날 필요가 없다. 그래서, 기판 표면 위에서의 에칭 율 균일화 및 윤곽 균일화는 현저히 개선되고 윤곽 편차는 별로 일어나지 않는다.In the plasma processing apparatus according to the present invention, since the negative voltage value of the spool end at each time point is applied to each spool end of the ICP spool, the displacement current induced into the plasma generated through the ceramic reactor wall as a dielectric from one spool end Can also be accommodated by the other spool ends through the ceramic reactor walls as dielectric, and therefore there is no need for charge equalization through the ground potential, e.g. through the substrate surface. Therefore, the etching rate uniformity and the contour uniformity on the substrate surface are remarkably improved and the contour deviation does not occur very much.
또한 플라즈마 전위는 유리하게도 거의 접지 전위로 접근하는데, 그 이유는 플라즈마 내로의 전기적 내결합은 분명히 감소하고 남는 내결합은 그 대칭성으로인해 균등화하기 때문이다. 또한 플라즈마 대칭성도 유리하게 증가하는데, 그 이유는 플라즈마를 왜곡시키는 용량성 내결합의 감소 및 그 내결합의 평형화에 의해 플라즈마 내 각 점에 있어 현저한 전위 차이를 일으킴 없이 차가운, 이상적 경우에는 회전 대칭적 플라즈마를 얻게 되기 때문이다.Also, the plasma potential advantageously approaches near ground potential, since the electrical coupling into the plasma is clearly reduced and the remaining coupling is equalized due to its symmetry. The plasma symmetry also advantageously increases because of the reduction of the capacitive inner coupling that is distorting the plasma and the equilibrium of its inner bonds, resulting in a cold, ideal case without significant potential difference at each point in the plasma, The plasma is obtained.
본 발명의 유리한 추가 양태는 종속 청구항들에 기재된 조치에 의해 얻어질 수 있다.Advantageous further aspects of the invention can be obtained by the measures described in the dependent claims.
그래서 더욱이 ICP 스풀의 비대칭 급전의 경우에도 반응기 또는 ICP 스풀의 효과적 환경에서 모든 전류 통과 도체를 ICP 스풀에 의해 정해지는 스풀 평면에 평행하게 안내하는 것이 유리하다. 그런데 환경이라는 의미는, 도체 내에서 흐르는 전류와 발생된 플라즈마 사이의 전자기적 교환작용을 통해 해당하는 교란적 영향이 발생하는 반응기와 ICP 스풀 주위 영역으로 이해하면 될 것이다. 그래서 유리하게도 플라즈마 내에 아무 손상적인 자기 교란장을 유도하지 않는, 발생 플라즈마 부근에서 평행하게 이동하는 동심 흐름들만이 흐르게 되는 것으로, 그래서 그 플라즈마는 보다 작은 교란을 받고 보다 차갑기 때문에 고 에너지 이온 또는 전자에 의한 가능한 기판 손상도 현저히 감소한다. 동시에 플라즈마 전위도 감소하여 접지 전위에 접근한다.Thus, even in the case of the asymmetrical feed of the ICP spool, it is advantageous to guide all current passing conductors in parallel to the spool plane defined by the ICP spool in the effective environment of the reactor or ICP spool. However, the meaning of the environment will be understood as the region surrounding the reactor and the ICP spool in which the corresponding disturbing effect occurs through the electromagnetic exchange between the current flowing in the conductor and the generated plasma. So that only concentric flows traveling parallel in the vicinity of the generated plasma, which advantageously induces no harmful self-perturbing fields in the plasma, flow so that the plasma is less disturbed and colder, The possible substrate damage due to this is also significantly reduced. At the same time, the plasma potential decreases and approaches the ground potential.
λ/2 지연 관을, 발생된 유도 플라즈마에 임피던스 정합시키기 위한, 양 공급 전압점과 양 스풀 단부 사이에 설치된, 바람직하게는 대칭적인 망회로와 결합함에 의해, 대단히 유리하게 거의 손실 없이 ICP 스풀에의 거의 대칭적인 급전이 달성될 수 있다. 그래서 본 발명에 의한 ICP 스풀의 대칭적 급전은, 양 스풀 단부에서의 공급 전압 진폭의 감소와 더불어, 수 킬로와트의 범위에까지 이르는 대단히 높은 전력이 유도 플라즈마 소스로서의 발생 플라즈마 내로 공급될 수 있게 하고, 또한 플라즈마 처리장치의 전력 패라미터의 대규모화를 가능하게 하여, 결국 에칭 율이 더 상승되게 한다.By combining with a preferably symmetrical network circuit between the positive supply voltage point and the positive spool end for impedance matching the? / 2 retarder tube to the induced plasma generated, Can be achieved. Thus, the symmetrical feeding of the ICP spool according to the present invention, together with the reduction of the supply voltage amplitude at the ends of both spools, allows very high power, up to several kilowatts, to be fed into the generating plasma as an inductive plasma source, Thereby making it possible to increase the size of the power parame- ter of the plasma processing apparatus, thereby further increasing the etching rate.
본 발명에 의한 대칭적 스풀 급전에서는 그 수준이 낮은 때에도 양 스풀 단부는 "뜨겁기" 때문에, 두 "뜨거운" 스풀 단부를, 발생된 고밀도 플라즈마를 반응기 형태로 둘러싸는 세라믹 통으로부터 크게 격리하여 배치하는 것이 더욱 대단히 유리하다. 이것을 달성하는 가장 간단한 방법으로서는, 외부에서 반응기통을 영역적으로 적어도 거의 둘러싸는, 플라즈마를 발생시키는 발생된 ICP 스풀이, 반응기 외경보다 약간 더 큰 직경을 갖게 하고, 양 스풀 단부의 반대 쪽 ICP 스풀 측면이 반응기통의 세라믹과 직접 접촉하도록 반응기 주위에 배치되게 하는 것이다. 그래서 반응기통 회로는, 이 회로를 둘러싸는 보다 큰 스풀 회로와, 스풀 단부 반대쪽의 스풀 측면에서 접선적으로 접한다. 이 방법으로, 유리하게도 반응기 내부에서 발생된 플라즈마에 대한 ICP 스풀의 거리는 전기 전위의 상승과 함께 증가하는데, 최고의 전기 전위의 지점인 양 스풀 단부는 반응기에 대해 최대 거리를 갖게 된다. 이것을 위해서는 약 1 - 2 cm로서 벌써 충분하다. 이 경우에도, 방해적 고주파 자장을 플라즈마로부터 원격 유지시키기 위해, 모든 전류 운반 도체가 반응기 주위에서 ICP 스풀에 의해 정해지는 스풀 평면에 평행하게 뻗게 하는 것은 대단히 중요하다.In the symmetrical spool feed according to the invention both spool ends are " hot " even when the level is low, so that the two " hot " spool ends are largely isolated from the ceramic cylinder surrounding the generated high density plasma in the form of a reactor It is even more advantageous. The simplest way to accomplish this is to make the generated ICP spool that generates plasma at least substantially enclose the reaction vessel regionally from the outside to have a slightly larger diameter than the outer diameter of the reactor, So that the side surface is disposed around the reactor so as to be in direct contact with the ceramic of the reaction cylinder. Thus, the reaction cylinder circuit tangentially contacts the larger spool circuit surrounding the circuit and the side of the spool opposite the spool end. In this way, advantageously, the distance of the ICP spool relative to the plasma generated inside the reactor increases with the rise of the electric potential, with the end of both spools being the point of highest electric potential having the maximum distance to the reactor. About 1-2 cm is enough for this. Again, in order to keep the disturbing high frequency magnetic field away from the plasma, it is very important that all current carrying conductors extend parallel to the spool plane defined by the ICP spools around the reactor.
또한 이제는, 상기한 대칭 스풀 급전을, 기판의 지점에 있어 ICP 스풀의 고주파 자장을 더욱 축소시키고 플라즈마 밀도 분포를 균일화시키는, 미공고 출원 DE 197 34 278.7에 추천되어 있는 개구부 구조와 결합하는 것이 대단히 유리한 방식으로 가능하다.It is also now highly advantageous to combine the symmetrical spool feeding described above with the aperture structure proposed in the undeclared application DE 197 34 278.7 which further reduces the high frequency magnetic field of the ICP spool at the point of the substrate and homogenizes the plasma density distribution .
또한 본 발명에 의한 플라즈마 처리장치에 있어서는, 상기한 개구 구조에 추가하여 또는 그 구조 대신에, 플라즈마 소스와 기판 전극 사이에 반응기 벽 내에 삽입된 위요하는 금속 스페이서 부재에 의해, 고주파 자장의 영향이 발생된 고밀도 플라즈마 또는 ICP 스풀의 영역으로부터 기판에 또는 예컨대 거기에 배치된 규소 웨이퍼 위에 미치는 것을 감소시키는 것이 유리하게도 가능하다. 이를 위해 스페이서 부재는 바람직하게는 약 10 cm - 30 cm의 높이를 가졌고 바람직하게는 알루미늄 또는 기타 플라즈마 공정에 견딜 수 있는 금속으로 구성되어 있다. 그것을 사용함으로써, 플라즈마 소스, 즉 유도성 결합에 의한 고밀도 플라즈마의 발생 지점과, 기판을 탑재하는 기판 전극 사이의 거리가 확대되고, 그래서 거리(r)의 함수로서 적어도 1/r에 따라 감소하는 자장 및 전기장의 영향이 감소하게 된다.Further, in the plasma processing apparatus according to the present invention, in addition to or instead of the above-described opening structure, the influence of the high-frequency magnetic field is generated by the surrounding metallic spacer member inserted into the reactor wall between the plasma source and the substrate electrode Lt; RTI ID = 0.0 > ICP < / RTI > spool on the substrate or on a silicon wafer disposed thereon, for example. To this end, the spacer member is preferably composed of a metal having a height of about 10 cm to 30 cm and preferably capable of withstanding aluminum or other plasma processing. By using it, the distance between the generation point of the plasma source, that is, the high density plasma due to the inductive coupling, and the substrate electrode on which the substrate is mounted is enlarged, and thus the magnetic field And the influence of the electric field are reduced.
본 발명에 의한 플라즈마 처리장치의 부품들은 원칙적으로 전력 제한을 받지 않기 때문에, 대단히 유리하게도 킬로와트 범위의 대단히 높은 소스 전력이 거의 손실 없이 사용될 수 있다. 에너지를 흡수하는 부재들이 없기 때문에 스풀(코일) 접속 단자 사이의 요구되는 위상 관계가 공급된 전력의 크기와 상관없이 완전히 그대로 유지되고 부재들의 냉각을 위한 특별한 조치가 필요 없다. 따라서 본 발명에 의한 플라즈마 처리장치에는 탁월한 재현성과 신뢰성이 부여된다. 특히 양 스풀 단부에서의 고전압 진폭의 절반화는 전력 패라미터의 대규모화에 의해 더욱 높은 플라즈마 전력을 허용할 수 있는 더 이상의 여유도 제공하고 그래서 극히 높은 규소 에칭 속도가 달성될 수 있다.Because the components of the plasma processing apparatus according to the present invention are not subject to power limitation in principle, a very high source power in the kilowatt range can be used with very little loss with great advantage. Since there are no energy absorbing members, the required phase relationship between the spool (coil) connection terminals remains completely intact regardless of the magnitude of the supplied power and no special measures are required for cooling the members. Therefore, excellent reproducibility and reliability are given to the plasma processing apparatus according to the present invention. Half of the high voltage amplitude, especially at the ends of both spools, provides a greater margin for allowing higher plasma power due to the large scale of the power parame- ter, so an extremely high silicon etch rate can be achieved.
그와 동시에 본 발명에 의한 플라즈마 처리장치에 의해, 벽에 대한 스퍼터링, 스퍼터 탈락된 입자에 의한 미소 마스킹화, 플라즈마 내에 있어 고에너지 이온 또는 대단히 뜨거운 전자의 생성, 소망스럽지 않은 에너지 소산, 변위 전류의 용량성 내결합, 전장에 의한 플라즈마의 왜곡, 플라즈마 분포의 이동, 플라즈마 전위의 상승과 왜곡, 생성된 플라즈마 내의 불균일성 및 기판과 기판 전극을 통해 유출하는 평형화 전류와 같은 다수의 교란 효과가 감소될 수 있다.At the same time, the plasma processing apparatus according to the present invention makes it possible to produce a high-energy ion or a very hot electron in the plasma, undesirable energy dissipation, a dislocation current Many disturbing effects such as in-capacitive coupling, distortion of the plasma by the electric field, movement of the plasma distribution, rise and distortion of the plasma potential, non-uniformity in the generated plasma, and equilibrium current flowing out through the substrate and the substrate electrode have.
본 발명의 실시예를 도면에 따라 또한 이하의 설명으로 상세히 설명한다.Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings and the following description.
도 1은 대체로 독일 출원 DE 197 34 278.7로부터 이미 알려진 플라즈마 처리 장치(1)의 기본 약시도로서, 장치는 반응기(2), 예컨대 반응 가스 또는 에칭 가스를 공급하기 위한 공급관(3), 반응기(2) 내에 소망하는 처리 압력이 조절 유지될수 있게 하는 조절 밸브(5)를 구비한 흡인관(4), 및 권선을 가진 코일로 구성되어 있고 반응기(1)의 상부를 구역적으로 적어도 광범하게 둘러싸는 ICP 스풀(6)을 구비하고 있다. 반응기(2)는 ICP 스풀(6)의 영역에서는 대체로 전형적인 직경 40 cm 및 높이 20 cm를 가진 세라믹 통 형태의 세라믹 재료로 형성되어 있고 반응기 측벽(7)을 갖고 있는데, 세라믹 통 하부에서는 위요하는 링 형태의 금속 스페이서 부재(11)가 그 측벽 내로 설치되어 있다. 스페이서 부재(11)는 약 10 cm 내지 30 cm의 높이를 갖고 특히 알루미늄으로 구성되어 있다. 반응기(2) 내부에 있어서는 상부에 ICP 스풀(6)에 의해 그 자체 공지의 방법으로 유도적으로 결합된 고밀도 플라즈마(8)가 생성되는 것으로, 반응기(2)에서는 IPC 스풀(6)을 통해 고주파 교류 전자장이 발생되고, 그 전자장은 반응 가스에 작용하여, 반응기(2) 내에 유도적으로 결합된 플라즈마 소스(18)로서 반응성 입자와 이온으로 된 고밀도 플라즈마(8)를 생성한다.Figure 1 is a basic drug trial of a plasma treatment apparatus 1 which is already known from German application DE 197 34 278.7 in general. The apparatus comprises a reactor 2, for example a feed tube 3 for supplying a reaction gas or an etching gas, a reactor 2 , A suction pipe 4 having a regulating valve 5 for allowing a desired processing pressure to be maintained and maintained in the reactor 1, and an ICP And a spool (6). In the region of the ICP spool 6, the reactor 2 is formed of a ceramic material in the form of a ceramic barrel having a typical diameter of 40 cm and a height of 20 cm and has a reactor side wall 7, Shaped metal spacer member 11 is provided in the side wall thereof. The spacer member 11 has a height of about 10 cm to 30 cm and is made of aluminum in particular. In the reactor 2, a high-density plasma 8 is inductively coupled by an ICP spool 6 in a manner known per se in the upper part of the reactor 2. In the reactor 2, An alternating electromagnetic field is generated and the electromagnetic field acts on the reactive gas to produce a dense plasma 8 of reactive particles and ions as the plasma source 18 inductively coupled into the reactor 2.
반응기(2)의 하부 영역에는, 예컨대 플라즈마 에칭에 의해 처리하려는 해당하는 마크를 가진 규소 웨이퍼인 기판(9)이 있다. 기판(9)은 기판 전극(10) 위에 배치되어 있고 측방향으로 그 자체 공지의 흡착기(17)에 의해 둘러싸여 있으며 그 흡착기는 열적으로 양호하게 기판 전극에 결합되어 있고 플라즈마(8)로부터 발생하는 과잉의 반응 입자들을 소모한다. 에칭 소스인 플루오르 입자에 대한 흡착 물질로서는 예컨대 규소 또는 흑연이 적합하다. 그러나 흡착기(17)는 대 용적 실시예에서는 생략되거나 또는 석영 또는 세라믹 덮개로 대치될 수 있다. 기판 전극(10)은 더욱이 그 자체 공지의 방법으로 고주파 전압 소스(12)와 연결되어 있다. 플라즈마밀도 분포와 이온류 밀도를 균질화 하기 위해 고밀도 플라즈마(8)와 기판(9) 사이에는 개구부(13)가 설치되어 있고, 그 개구부는 개구 조리개(14)를 갖고 있고 예컨대 15 mm 두께의 알루미늄으로 제조되어 있다. 개구 조리개(14)의 개구(15)의 직경은 기판 전극(10) 위에 있는 처리하려는 웨이퍼의 직경 보다 크다. 더욱이 개구 조리개(14)의 위에는 개구 조리개(14)의 가장자리에 부착되어 있는 원통형 차폐판(16)이 있다. 차폐판은 알루미늄으로 구성되어 있고 10 mm의 벽두께 및 25 내지 49 mm의 높이를 갖는다.In the lower region of the reactor 2 is a substrate 9, which is a silicon wafer with a corresponding mark to be processed, for example, by plasma etching. The substrate 9 is disposed on the substrate electrode 10 and is laterally surrounded by its own known adsorber 17 which is thermally well bonded to the substrate electrode and which is in excess of the plasma 8 Of the reaction particles. As the adsorbent material for the fluorine particles which are etching sources, for example, silicon or graphite is suitable. However, the adsorber 17 may be omitted in the alternative embodiment or replaced with a quartz or ceramic cover. The substrate electrode 10 is further connected to the high-frequency voltage source 12 in a manner known per se. An opening 13 is provided between the high-density plasma 8 and the substrate 9 to homogenize the plasma density distribution and the ion current density. The opening has an aperture stop 14 and is made of aluminum . The diameter of the opening 15 of the aperture stop 14 is larger than the diameter of the wafer to be processed on the substrate electrode 10. Furthermore, on the aperture stop 14, there is a cylindrical shield plate 16 which is attached to the edge of the aperture stop 14. The shield plate is made of aluminum and has a wall thickness of 10 mm and a height of 25 to 49 mm.
도 2는 종래 기술로부터 알려져 있는 고주파 교류 전압에 의해 ICP 스풀(6)에 전기를 공급하기 위한 전기 회로 및 도 1에서 ICP 스풀(6)을 통한 절단선(Ⅱ)을 따른 단면도 및 반응기 측벽(7)을 없앤 고주파 플라즈마(8)를 보여준다. 그런데 고주파 급전부(23)를 통해서는 고주파 공급 고전압이 50 Ω의 임피던스를 가진 그 자체 공지인 시판 동축 케이블을 통해 ICP 스풀(6)의 "뜨거운" 스풀 단부(20)에 공급되고 그래서 거기에는 예컨대 접지에 대해 3000 볼트의 고주파 고전압(V(t))이 인가된다. 두 번째의 "차가운" 스풀 단부(21)는 접지(22)와 연결되어 있다. ICP 스풀(6)이 스풀 평면(41)을 획정한다. 고주파 전압을 "뜨거운" 스풀 단부(20)에 공급하거나 거기서 인출하고 또한 "차가운" 스풀 단부(21)를 접지시키는 것은 전기 도선(40)을 통해 행해진다. 임피던스 정합을 위해 추가로 두 개의 조절형 콘덴서 C3(25) 및 C2(24)가 제공되어 있다. 추가의 콘덴서C4(26)가 ICP 스풀(6)과 더불어 형성되는 진동 회로의 공진 조건을 형성한다.Figure 2 shows an electrical circuit for supplying electricity to the ICP spool 6 by means of a high frequency AC voltage known from the prior art and a sectional view along the cutting line II through the ICP spool 6 in Figure 1 and a cross- ) Of the high-frequency plasma 8 is removed. The high frequency supply high voltage is supplied to the " hot " spool end 20 of the ICP spool 6 through a commercially available coaxial cable, which is known per se with an impedance of 50 ohms, A high frequency high voltage (V (t)) of 3000 volts is applied to the ground. The second "cold" spool end 21 is connected to the ground 22. The ICP spool 6 defines a spool plane 41. The feeding of the high frequency voltage to the "hot" spool end 20 or withdrawing therefrom and also the "cold" spool end 21 are made via the electrical lead 40. Two additional regulated capacitors C 3 (25) and C 2 (24) are provided for impedance matching. An additional capacitor C 4 (26) forms the resonance condition of the oscillating circuit formed with the ICP spool (6).
도 3은 도 2에 의한 공지의 구체예의 발전형으로서의 본 발명의 제 1 실시예로서, 이제는 모두 "뜨거운" 스풀 단부로서의 역할을 하는 제 1 스풀 단부(20')와 제 2 단부(21')를 통한 ICP 스풀(6)에의 대칭적인 공급을 보여준다. 고주파 교류 전압의 공급은 고주파 급전부(23)를 통해 제 1 공급 전압점(32) 및 이것과 연결되어 있는 제 2 공급 전압점(31)에 행해진다. 교류 전압은 50Ω의 임피던스를 가진 통상적 동축 케이블을 통해 고주파 급전부(23)에 공급된다.Fig. 3 is a first embodiment of the present invention as a power generation version of the known embodiment according to Fig. 2, in which a first spool end 20 'and a second end 21', all now functioning as "hot" spool ends, Lt; RTI ID = 0.0 > ICP < / RTI > Supply of the high-frequency AC voltage is performed to the first supply voltage point 32 and the second supply voltage point 31 connected to the first supply voltage point 32 via the high-frequency power supply unit 23. [ The alternating voltage is supplied to the high frequency power supply unit 23 through a conventional coaxial cable having an impedance of 50?.
그래서 고주파 급전부(23)는 먼저 제 1 스풀 단부(20')에 전기 도체(40)를 통해 고주파 교류 고전압을 공급한다. 선택된 주파수에 따라 13.56 MHz에서는 7.2 미터를 갖고 바람직하게는 역시 50Ω의 임피던스를 갖는 통상적 동축 케이블로 구성되어 있는 λ/2 지연 도선(30)이, 제 1 공급 전압점(32)과 제 2 공급 전압점(31)을 서로 연결시킨다. 이 경우 케이블에 최소 손실이 일어나고 λ/2 지연 도선(30) 상에 있어 정상파에 의한 (전파) 발사가 일어나지 않게 된다. 이 경우 λ/2 지연 도선(30)의 길이는 λ/2 * V로 치수 정해지는데, 여기서 V는 대부분의 동축 케이블의 경우 0.65의 값을 갖는 케이블에 따른 단축 인자이고 λ는 진공 중에서 전파할 때의 고주파 전압의 파장이다. 그래서 λ/2 지연 도선(30)에 의해 양 공급 전압점(31, 32)에는 주파수는 같고 크기에 있어서는 적어도 비슷하게는 진폭이 같은 고주파 교류 전압이 인가되는데, 그들 고주파 교류 전압은 서로 180°만큼 위상차가 있고 따라서 반대 위상이 된다. 집합적으로 고려하면, λ/2 지연 도선(30)은 제 1 공급 전압점(32)에 인가되는 고주파 고전압의 경면상을 형성하여 그것을 제 2 공급 전압점(31)에 공급한다. 그와 동시에 그 도선은 공급된 고주파 전력을 대칭화시킨다. 고주파 급전부(23) 및 공급 전압점(31 및 32)을 통해 ICP 스풀(6)의 양 단부(20' 및 21')에 공급된 고주파 역상 고압와는 예컨대 크기로 각각 접지에 대해 1500 볼트의 진폭을 갖고 이것은 앞서 도 2에 따른 ICP 스풀의 "뜨거운" 단부에 인가되는 전압 V(t)의 단지 절반 크기이다.Thus, the high frequency power supply part 23 first supplies the high frequency AC high voltage to the first spool end 20 'through the electric conductor 40. The? / 2 delay line 30, which is comprised of a conventional coaxial cable having an impedance of 7.2 meters at 13.56 MHz and preferably also of 50? Depending on the selected frequency, is connected between the first supply voltage point 32 and the second supply voltage And connects the points 31 to each other. In this case, a minimum loss occurs in the cable and the standing wave (radio wave) emission does not occur on the? / 2 delay conductor 30. In this case, the length of the? / 2 delay line 30 is dimensioned as? / 2 * V where V is the shrink factor according to the cable having a value of 0.65 for most coaxial cables and? Is the wavelength of the high-frequency voltage of. Thus, the high-frequency alternating-current voltage having the same frequency and the amplitude at least equal in magnitude is applied to the both supply voltage points 31 and 32 by the? / 2 delay line 30, And therefore the opposite phase. Collectively, the lambda / 2 delay line 30 forms a mirror-surface on the high frequency high voltage applied to the first supply voltage point 32 and supplies it to the second supply voltage point 31. At the same time, the conductor symmetrizes the supplied high frequency power. Frequency high voltage supplied to the both ends 20 'and 21' of the ICP spool 6 through the high frequency power supply part 23 and the supply voltage points 31 and 32, Wow For example, of magnitude 1500 volts for ground, respectively, which is only half the magnitude of the voltage V (t) applied to the " hot " end of the ICP spool according to FIG.
종합적으로는 두 케이블 심선에 접지 대칭의 공급 전압이 얻어지는 것으로, 즉 제 1 공급 전압점(32)에서는 고주파 공급 케이블에 경과 전압이 또한 제 2 공급 전압점(31)에서는 지연 도선의 개시 위치에 경과 전압이 얻어지는데, 전압점들(31, 32)은 서로 200Ω(비대칭시 50Ω입력치에 대해 4 배의 임피던스)의 임피던스를 갖는다. 그럼으로써 제 1 스풀 단부(20')에는 전압이 또한 제 2 스풀 단부(21')에는 전압이 공급된다.Generally, a ground symmetric supply voltage is obtained at the two cable cores, that is, at the first supply voltage point 32, In addition, at the second supply voltage point 31, at the start position of the delay line, , Where the voltage points 31 and 32 have an impedance of 200 OMEGA (four times the impedance for an asymmetric 50 ohm input) to each other. Thus, the first spool end 20 ' The second spool end 21 ' .
한편으로 공급 전압점들(31, 32)과 다른 한편으로 ICP 스풀(6)과 진동회로 콘덴서C4(26)를 통해 발생된 유도형 플라즈마(8) 사이의 임피던스 정합을 위해, 추가로 세 개의 콘덴서(C2, C3및 C1)가 제공되어 있는데 이들의 용량은 C2(24)와 C1(27)의 경우 동조 가능하고 이들은 소위 "성냥갑"을 구성한다. 그리고 ICP 스풀(6)의 정확한 대칭 공급을 위해서는 콘덴서 C1(27)의 용량이 콘덴서 C3(25)의 용량과 같을 때에 유리하다. 그러나 이 대칭으로부터의 약간의 편의는 공정에 손상적 영향을 주는 일 없이 용납 가능하다. 특히, 양 콘덴서 중의 하나 예컨대 C1(27)을 소위 "부하 콘덴서"(C2)와 같이 바리콘(가변 회전식 콘덴서)으로 구성하여 임피던스 정합을 위해 가변 조절하고, 한편 다른 콘덴서, 예컨대 C1(25)은, 대략 정합된 위치에서의 첫째 콘덴서의 용량을 나타내는 고정된 값에 유지시킬 수 있다.For impedance matching between the supply voltage points 31 and 32 on the one hand and the inductive plasma 8 generated on the other hand via the ICP spool 6 and the oscillating circuit capacitor C 4 26, Capacitors C 2 , C 3 and C 1 are provided whose capacities are tunable in the case of C 2 (24) and C 1 (27), which constitute a so-called "matchbox". It is advantageous when the capacity of the condenser C 1 (27) is equal to the capacity of the condenser C 3 (25) for accurate symmetrical supply of the ICP spool (6). However, some bias from this symmetry is tolerable without damaging the process. In particular, one of the capacitors, for example C 1 27, is constituted by a varicor (variable rotary capacitor) such as a so-called "load capacitor" C 2 and is variably controlled for impedance matching while another capacitor, Can be held at a fixed value representing the capacity of the first capacitor at the approximately matched position.
표 1에는 예로서 콘덴서들 C2(24), C3(25), C4(26) 및 C1(27)의 유리한 값 조합 그리고 그것에 의해 달성되는 용량 C1대 C3의 비에 의해 주어지는 대칭성 또는 비대칭성이 표시되어 있다. 필요한 최적 용량을 구하기 위해서 유리하게도 반복과정을 수행하는데 우선 예컨대 콘덴서 C3(25)의 용량에 대해 그럴법한 고정치를 선택한다. 그런 후 "성냥갑" 내에서 콘덴서 C1(27)과 C2(24)를 이용하여 임피던스 정합 과정을 수행하고, 그렇게 하여 공급 전압점(32)과 (31)사이에서의 200 Ω의 입력 임피던스가 생성된 유도성 플라즈마(8)에 최적하게 정합하게 한다.In Table 1, the condenser of example C 2 (24), C 3 (25), C 4 (26) , and a favorable value of C 1 (27) combination and is given by the ratio of the capacitance C 1 dae C 3 is achieved by it, Symmetry or asymmetry is indicated. In order to advantageously perform the iterative process in order to obtain the required optimum capacity, firstly a reasonable value for the capacity of the capacitor C 3 (25), for example, is chosen. The impedance matching process is then performed using the capacitors C 1 27 and C 2 24 in the "matchbox" so that the input impedance of 200 Ω between the supply voltage points 32 and 31 is So as to optimally match the resulting inductive plasma (8).
C3(25)의 용량 고정치 및 조절된 C1(27)의 값으로부터 임피던스 정합을 위한 두 직렬 콘덴서로부터의 결정적 합성 총용량 C' =(C1 -1+ C3 -1)-1이 얻어진다. 이제 C3' = (2 * C') = 2 * (C1 -1+ C3 -1)-1에 의한 용량 C3'을 가진 고정치 콘덴서 C3(25)의 새로운 고정 용량을 채택하면, 콘덴서 C3(25)의 용량으로 이 새 값을 가진 "성냥갑"은 (정합을 위해) 바리콘 C1(27)을 정확히 그와 같은 값, 즉 C1= C3= C'(주; 2C'가 옳을 것임)에 조절시킬 것이고, 이에 의해 앞에서와 같은 직렬 회로의 총 용량(C')이, 따라서 같은 임피던스 변환이 될 것으로, 당연히 이제는 두 용량(C1과 C2)이 대칭으로 배치된 상태, 따라서 두 스풀 단부(21' 와 20')에서의 스풀 전압이 대칭인 상태로 될 것이다. 따라서 단일회의 반복에 의해, 유도형 소스 장치의 대칭 정합된 작동을 위한 콘덴서 C3(25)의 최적한 고정 용량치를 구할 수 있게된다. 이 고려에서는 콘덴서 C2(24)와 C4(26)는 중요성이 없는데 그 이유는 이들은 대칭성에 영향을 주지 않기 때문이다.(C 1 -1 + C 3 -1 ) -1 from two series capacitors for impedance matching from the capacitance of C 3 (25) and the value of C 1 (27) adjusted Loses. Now, when adopting a new fixed-dose of the C 3 '= (2 * C ') = 2 * (C 1 -1 + C 3 -1) fixed-value capacitor C 3 (25) has a capacity C 3 'by -1 , "matchbox" with a new value as the capacitance of the capacitor C 3 (25) is (for matching) values of the barikon C 1 (27) accurately and that, that C 1 = C 3 = C ' ( Note; 2C So that the total capacitance C 'of the series circuit as described above will thus be the same impedance conversion, and of course the two capacitances C 1 and C 2 are now arranged symmetrically State, and therefore the spool voltage at the two spool ends 21 'and 20' will be in a symmetrical state. Thus, by repeating a single cycle, it is possible to obtain the optimum fixed capacitance value of the capacitor C 3 (25) for the symmetrically matched operation of the inductive source device. In this consideration, the capacitors C 2 (24) and C 4 (26) are not important because they do not affect the symmetry.
도 4는, 다른 것은 도 1 및 3에서 설명한 것과 같게 실시하면서, 양 콘덴서 값이 동시에 변하도록 양 콘덴서 C1(27) 및 C3(25)으로 중계 바리콘를 사용한 것을 보여준다. 이 중계 장치는 예컨대, 양 바리콘 C1(27) 및 C3(25)을 전기 절연성 기계 결합에 의해 직렬 설치하여 동시에 변하게 가거나, 또는 병렬 배치하여 체인 작동 또는 로프 작동에 의해 동시에 동작하게 함으로써 실현될 수 있다.Fig. 4 shows the use of the relay balicon in the capacitors C 1 27 and C 3 25 so that the values of both capacitors change simultaneously while the others are carried out as described in Figs. 1 and 3. This relay device can be realized by, for example, arranging both barricons C 1 27 and C 3 25 in series by electrically insulating mechanical coupling and simultaneously changing them, or arranging them in parallel to operate simultaneously by chain operation or rope operation .
바리콘을 병렬 배치하는 다른 실시예에서는 양 바리콘 축을 기계적으로 서로 결합하기 위해 전기 절연된 치차를 사용할 수도 있다. 또한 서보 모터에 의해 동기적으로 제어되는 두 개의 자주적 C1(27)과 C3(25)을 사용하는 것도 가능하다. 또한 필요할 경우에는 완전한 대칭 동일화를 달성하기 위해 고정치 콘덴서로서 바리콘 C1(27)과 C3(25)에 병렬 배치되도록 추가의 소형 트림 콘덴서가 사용될 수 있다. 그것에 의해 어느 경우에나, 항상 ICP 스풀(6) 내에는 대칭적으로 스풀에의 급전이 행해져, 대단히 높은 빈도 공정의 경우 ICP 스풀(6)과 발생된 고밀도 플라즈마(8)에 있어서의 최적 대칭 관계가 존재하게 되기 때문에, 동일한 한 구조의 장치에 의해 광범 다양한 제조공정을 최적하게 커버할 수 있다.In other embodiments where balicones are arranged in parallel, electrically isolated gears may be used to mechanically couple the two balicon axes together. It is also possible to use two voluntary C 1 (27) and C 3 (25) motors controlled synchronously by the servo motor. Further, if necessary, additional small-sized trim capacitors may be used so as to be arranged in parallel to the varicos C 1 27 and C 3 25 as fixed capacitors to achieve complete symmetric equalization. In any case, therefore, the spool is always supplied symmetrically in the ICP spool 6, and in the case of a very high frequency process, the optimum symmetric relationship between the ICP spool 6 and the generated high density plasma 8 is So that it is possible to optimally cover a wide variety of manufacturing processes by an apparatus having the same structure.
표 2에는 추가적으로 도 4에 의한 상기한 실시예에 또한 도 5에 따른 다음의 실시예에도 적합한 최적 용량 세트가 표시되어 있다.Table 2 additionally shows an optimal capacity set suitable for the above embodiment according to Fig. 4 and also for the following embodiment according to Fig.
도 2로 설명한 실시예의 정확히 대칭인 스풀 급전은, 스풀 중심(42)이 이제는 언제나 0 볼트의 전압에 놓인다는 큰 이점을 갖는다. 그래서 도 4의 발전된 구성인 추가 실시예로서의 도 5에 의해 설명될 수 있는 것처럼 스풀 중심(42)은 이제는 확실히 스풀 접지(33)를 사용하여 접지될 수 있다. 스풀 중심(42)의 확실한 접지는, 접지 전위와 단단하게 연결되지 않은 ICP 스풀(6)의 경우 발생하는 문제점인, ICP 스풀(6) 위에 소위 고주파 등 펄스 전압이 발생하는 문제를 해결해 준다. ICP 스풀(6) 내에서 전류를 구동시키는 고주파 역 펄스(푸시풀) 전압에 중첩되어 있는 상기 고주파 등 펄스 전압은, ICP 스풀(6)의 모든 점에서 같아 스풀 회로 자체 내에는 어떤 전류 흐름도 일으키지 않는다.The correctly symmetrical spool feed of the embodiment described in FIG. 2 has the great advantage that the spool center 42 is now always at a voltage of zero volts. So that the spool center 42 can now be reliably grounded using the spool ground 33 as can be explained by Fig. 5 as a further embodiment of the developed configuration of Fig. The reliable grounding of the spool center 42 solves the problem of generating a so-called high-frequency pulse voltage on the ICP spool 6, which is a problem that arises in the case of the ICP spool 6 that is not rigidly connected to the ground potential. The high-frequency isochronous pulse voltage superimposed on the high-frequency pulse (push-pull) voltage for driving the current in the ICP spool 6 is the same at all points of the ICP spool 6 and does not cause any current flow in the spool circuit itself .
이 등 펄스 전압의 발생 원인으로서는, 양 스풀 단부(20', 21')에 인가되는 고주파 고전압 사이의 작은 위상 오차, 고밀도 플라즈마(8)로부터 ICP 스풀(6)에 대한 반작용 및 그 외의 약간의 대칭성 오차가 언급될 수 있다. 등 펄스 전압의 감쇠는 오직 고밀도 플라즈마(8) 내로의 용량적 결합에 의해 또한 반응기(6)의 유전성 반응기 측벽(7)을 통한 유도형 변위 전류에 의해서만 행해질 수 있다. 그래서 ICP 스풀(6)은, 용량적으로 결합된 부차적 플라즈마를 구동시키는 - 양극과 플라즈마 사이에 유전체를 가진 공지의 삼극관 장치와 비슷하게 - 전극과 부분적으로는 비슷하게 작용한다. 플라즈마(8) 내에 있어서의 상기한 유도된 변위 전류는 유도형 고밀도 플라즈마(8)를 구동하는 스풀 전류에 비해 비교적 적다. 따라서 그렇게 하여 추가적으로 플라즈마(8) 내에 결합된 에너지 량은 처음에는 적다. 그러나 이 등 펄스 전압은 특히 ICP 스풀(6)에 있어 600 와트 이상의 대단히 큰 고주파 전력의 경우 플라즈마 특성을 심하게 악화시킬 수 있다. 스풀 중심(42)에 스풀 접지(33)를 형성함에 의해 상기한 ICP 스풀(6)에서의 등 펄스 전압은 효과적으로 억제되고 그래서 예컨대 플라즈마 에칭 공정시, 특히 대단히 높은 고주파 전력의 경우, 윤곽 충실성 및 에칭율 균일성이 현저하게 개선될 수 있다.The causes of the back pulse voltage include a small phase error between the high frequency high voltage applied to both spool ends 20 'and 21', a reaction from the high density plasma 8 to the ICP spool 6 and some other symmetry Errors can be mentioned. The damping of the back pulse voltage can be done only by capacitive coupling into the high density plasma 8 and also by the inductive displacement current through the dielectric reactor side wall 7 of the reactor 6. Thus, the ICP spool 6 works in part with the electrode, similar to a known triode device with a dielectric between the anode and the plasma, which drives the capacitively coupled secondary plasma. The induced displacement current in the plasma 8 is relatively small compared to the spool current driving the inductive high density plasma 8. So that the amount of energy coupled into the plasma 8 in addition is initially small. However, this back-pulse voltage can seriously deteriorate the plasma characteristics especially in the case of a very high frequency power of 600 W or more in the ICP spool 6. By forming the spool ground 33 at the spool center 42, the iso-pulse voltage at the ICP spool 6 is effectively suppressed and, for example, in a plasma etching process, particularly at very high RF power, The etching rate uniformity can be remarkably improved.
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